Pi katapult: 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

V poslednú októbrovú sobotu sa v Cantignyho historickom múzeu každoročne koná súťaž amatérskych katapultov. Je to nádherná súťaž, ktorá umožňuje všetkým prichádzajúcim postaviť a odpáliť katapult a súťažiť až v 3 rôznych kategóriách: vzdialenosť, zoskupovanie striel a presnosť. Ak chcete získať ďalšie informácie o súťaži, navštívte ich webovú stránku https://www.fdmuseum.org/event/cantigny-catapult-c… V tejto súťaži sa môj tím, Pi Throwers, rozhodol použiť Raspberry Pi na pomoc pri uvoľňovacia časť nášho vhadzovania.

V našom dizajne máme sadu senzorov monitorovaných zariadením Raspberry Pi Zero Wireless. Po vyzbrojení katapultu a zatiahnutí za uvoľnenie Raspberry Pi kontroluje, kedy bude baseball uvoľnený. Pomocou tohto jednoduchého postupu sme sa mohli dostať na druhé miesto so vzdialenosťou 186 stôp.

Tento návod sa bude zaoberať návrhom, vývojom a implementáciou ovládača Raspberry Pi a súvisiacej elektroniky. Napriek tomu, že nezakrývam stavbu tohtoročného katapultu, po začiatku nového roka vyhľadajte návod, ktorý by sa týkal návrhu a stavby katapultu pre nasledujúce roky.

Len pre zaujímavosť, vložil som video z nášho záberu 186 stôp. Dúfam, že si užívaš.

Tiež by som sa chcel poďakovať svojim spoluhráčom v tomto roku: Stevenovi Bobovi a Gusovi Menoudakisovi.

Krok 1: Celkový dizajn

Počas minuloročnej súťaže sme mali dosť problémov získať konzistentné vydania pre náš katapult. Ako veľký geek som sa podľa manželky rozhodol využiť svoje schopnosti v oblasti elektroniky a extrémne nízke náklady na Raspberry Pi Zero (5 dolárov) na pridanie ovládania počítača.

Tu je celkový proces streľby z katapultu. Najprv zapnite Pi. Za druhé, pripojte sa k bezdrôtovému hotspotu Pi pomocou môjho iPhone a spustite aplikáciu Catapult. Ďalej naviňte katapult a nastavte uvoľnenie. Naložte katapult a nastavte spúšť. Vyzbrojte katapult aplikáciou. Keď ste pripravení vystreliť katapult, zatiahnite za uvoľnenie. Teraz Pi pomocou vstavaných senzorov uvoľní spúšť v správnom čase a lopta sa uvoľní.

Krok 2: Raspberry Pi Zero Setup

Na nastavenie Raspberry Pi na použitie v katapulte sú potrebné tri hlavné kroky. Prvým je pridanie pripojení k napájacím podložkám umiestneným na zadnej strane Pi. Druhým je nastavenie Pi ako hotspotu. Posledným krokom je vývoj programu v Pythone, ktorý bude interagovať s riadiacou aplikáciou, čítať senzory a v prípade potreby odpáliť katapult.

Napájacie pripojenia

1. Zapáľte svoju spájkovačku.
2. Na pripojenie napájania vezmite sadu drôtov s priemerom 16-18. Na kladné spojenie vždy používam červený vodič. Tiež používam drôt, ktorý má na jednom konci konektor, aby som mohol odstrániť borovicu z katapultu.
3. Odizolujte malé množstvo drôtu a konce pocínujte.
4. Predpájkujte podložky, kde budete pripájať napájanie. Nepoznám čísla podložiek, ale naznačil som, ktoré podložky mám na obrázku použiť.
5. Pripájajte vodiče k Pi. Zdá sa mi, že tento krok je ľahký, ak zaistíte Pi a držíte jeden drôt nad podložkou, ktorú chcete spájkovať. Potom spájam žehličku s drôtom a zatlačím na podložku. Akonáhle ucítite spájku na tavenine drôtu, uvoľnite tlak.
6. Opakujte s druhým drôtom.
7. Skontrolujte prípadné šortky. Existuje skrat, ak sa drôty alebo spájka z oboch podložiek navzájom dotýkajú. Ak k tomu dôjde, zahrievajte spájku, vyberte drôty a skúste to znova.

Horúce miesto

Aj keď som mohol prejsť všetkými krokmi k vytvoreniu horúceho miesta, existujú aj iní, ktorí urobili lepšiu prácu. Uviedol som niekoľko stránok s podrobnými pokynmi.

RaspberryPi.org

Frillip.com

Program Python

Na riadenie konfigurácie a streľby katapultu sa používa program Python. Program, ktorý je umiestnený nižšie, beží na počítači Pi a umožňuje vám konfigurovať a ovládať katapult. Tento program je pridaný do lokálneho adresára užívateľov a spustí sa vždy, keď sa Pi zapne pridaním položky do /etc/rc.local. Tento program nastavuje sieťový server, ku ktorému sa pripájam pomocou aplikácie vyvinutej pre môj iPhone. Môžete tiež použiť telnet a pripojiť sa k portu 9999 na Pi. Potom môžete použiť textové príkazy na rovnaký účinok ako moju aplikáciu.

Program Node-Red

Ako doplnok k programu Python som vytvoril program Node-Red s podobnou funkčnosťou, ktorý však používa webové rozhranie. Pretože Rasbian, odporúčaný operačný systém pre Raspberry Pi, obsahuje ako súčasť inštalácie Node-Red, myslel som si, že by to mohol byť dobrý doplnok. Skopírujte obsah súboru catapult.json do svojej schránky, otvorte Node-Red na Pi, ktoré chcete použiť pre svoj katapult, v ponuke napravo vyberte Import-> Schránka a vložte tam kód. Teraz všetko, čo musíte urobiť, je nasadiť kód a pripojiť sa k IP adrese vášho Pi pre používateľské rozhranie. V mojom prípade je to https://192.168.1.103/:1880/ui/#/0, vaša IP adresa bude veľmi.

Krok 3: Zapojenie dielov

Aj keď to vyzerá ako neporiadok, skutočné zapojenie systému je celkom jednoduché. Zle urobená schéma programu PowerPoint zobrazuje všetky pripojenia. Potrebné diely sú uvedené nižšie.

Zoznam položiek

1. Raspberry Pi Zero Wireless - 5 dolárov
2. 16 GB karta micro SD - 8 - 10 dolárov
3. Uxcell DC12V 25N Force 2 -Wires Pull Push Solenoid, elektromagnet, 10 mm pohon - 18 dolárov
4. Balíček eBoot 6 Pack LM2596 DC to DC Buck Converter 3,0-40V na 1,5-35V napájací krokový modul-2 doláre
5. Floureon 2 balenia 3S 11,1 V 1 500 mAh 35C RC Lipo batéria so zástrčkou XT60 pre RC auto, Skylark m4 -fpv250, Mini Shredder 200, Qav250, Vortex, Drone a FPV (2,91 x 1,46 x 1,08 palca) - 27 dolárov
6. Prepínač - 2 až 10 dolárov za prepínač, mal som starý, ktorý som použil
7. Finware 6 párov XT60 XT -60 konektorov pre mužské a ženské guľky Konektory napájania so zmršťovaním za tepla pre RC Lipo batériu - 7,50 dolára
8. Cylewet 15ks jazýčkový spínač s pozláteným olovom normálne otvorený (N/O) magnetický indukčný spínač elektromagnetický pre Arduino (balenie po 15) CYT1065 - 10 dolárov
9. Reléový modul Tolako 5v pre Arduino ARM PIC AVR MCU 5V kontrolka LED 1 -kanálový reléový modul funguje s oficiálnymi doskami Arduino - 6 dolárov. Mohli by ste dostať relé, ktoré pracuje na 3,3 V a obísť tranzistor NPN, bol by som mal, keby som na začiatok objednal ten správny.
10. 100 x 2N2222 NPN TO-92 plastové zapuzdrené výkonové tranzistory 75V 600mA-2 doláre
11. Drôtené a rôzne diely - to zahŕňa asi 20 mm magnetov.

Pripojenia

Ako vidíte na mojom hroznom diagrame elektroniky, zapojenia elektroniky sú dosť jednoduché. Mohlo by vás zaujímať, prečo je tam vložený tranzistor NPN, má to do činenia s relé pracujúcim na 5 voltoch a Pi bežiacim na 3,3 V. Áno, na Pi sú piny 5V, ale nie sú na pripojenie k pinom GPIO. Opýtajte sa ma, ako viem…

Je na vás, ako spojíte komponenty dohromady. Použil som staré RC servo konektory, pretože majú správny rozstup na použitie pre piny GPIO na Raspberry Pi a mám ich veľkú zbierku. Ak chcete, môžete spájku nasmerovať na otvory/kolíky na Pi. Musíte sa len uistiť, že pripojenia sú bezpečné a je nepravdepodobné, že by sa oddelili počas násilného procesu, ktorým je spustenie katapultu.

Krok 4: Tlačené diely

Pre tento projekt som musel vytlačiť tri položky a sú uvedené nižšie.

1. Skriňa na elektroniku
2. Solenoidové puzdro
3. Baseballové retenčné rameno

Zahrnul som súbory STL pre každú z častí, ktoré som musel vytlačiť. Pri tlači ramena odporúčam použiť mieru naplnenia 25-50%. To má zaistiť, aby sa rameno nezlomilo v dôsledku napätí, ktorým je vystavený počas streľby.

Krok 5: Magnety a jazýčkové spínače

Jedným z dôležitejších aspektov návrhu je určenie, ako zistiť, kde je rameno počas streľby z katapultu. Existuje niekoľko rôznych možností, senzory s Hallovým efektom, jazýčkové spínače a akcelerometre sú len niektoré z nich. Pôvodne som plánoval použiť senzory Hall Effect, ale zistil som, že nefungujú konzistentne, a tak som prešiel na jazýčkové spínače. Ak sa rozhodnete používať jazýčkové spínače, treba dávať pozor, jazýčkové spínače by mali byť orientované tak, aby boli kolmé na odstredivú silu. V opačnom prípade je možné, že jazýčkové spínače budú nútene otvorené/zatvorené otáčavým pohybom ramena.

Ako vidíte na diagrame, použil som štyri magnety a dva jazýčkové spínače. Každý z magnetov je od seba vzdialený 90 stupňov. To v kombinácii s 135 stupňovým vypnutím pre jazýčkové spínače umožňuje 8 nameraných hodnôt senzora na otáčku. S offsetom senzora oba senzory neprechádzajú magnetom súčasne, čo nám umožňuje rovnakú presnosť ako pri použití jedného jazýčkového spínača a 8 magnetov. V každom prípade každých 45 stupňov, ktorými rameno otočí Pi, dostane jeden impulz.

Každý z magnetov je vložený do základnej podpery vrhacieho ramena. Použil som forstnerov bit 7/8 palca a vyvŕtal som asi 6 mm, aby zodpovedal výške magnetov, ktoré som mal po ruke. Potom som do otvoru pridal trochu horúceho lepidla a zatlačil magnety na miesto. Každý z magnetov by mal byť v jednej rovine s povrchom základne.

Pri jazýčkových prepínačoch som najskôr prepínače spojil s vodičmi, ktoré neskôr pripojím k pinom GPIO Pi. Potom som vyvŕtal otvor pre jazýčkový spínač na spodnej strane vrhacieho ramena. Tento slot by mal byť taký veľký, aby úplne obklopil váš jazýčkový spínač. Potom som vyvŕtal dieru cez rameno na konci otvoru. V tomto otvore je drôtový a jazýčkový spínač prevlečený cez rameno, takže by mal byť dostatočne veľký, aby zvládol oboje. Potom navlečiem drôtové pripojenie k jazýčkovému spínaču a jazýčkový spínač prilepím do otvoru, ktorý bol preň vytvorený. Keďže som na vrhacie rameno použil drevo, vyplnil som medzery v štrbine trstinového spínača drevenou výplňou. Toto bol spôsob, ako sa ubezpečiť, že jazýčkový spínač je zaistený a nemôže sa trieť o základňu.

Krok 6: Testovanie

Testovanie je zábavný proces. Choďte na miesto, kde neublížite ľuďom ani nepoškodíte majetok a uvidíte, či vaše veci fungujú. Kiež by som to urobil. Pri našom prvom testovacom hode bolo uvoľnenie ramena príliš neskoro a ja som mal bejzbalovú plachtu nad mojou dodávkou, asi 100 stôp ďaleko. Po úprave načasovania vydania sme to skúsili znova. Tentoraz mi bejzbal udrel pneumatiku a odrazil sa k nám. Presunul som auto.

Po niekoľkých ďalších pokusoch sme sa presunuli tam, kde bolo lano pripevnené k ramenu tak, aby sa rameno zastavilo o 90 stupňov v smere od smeru nahor. To nám umožnilo strieľať strely takmer priamo dopredu a pod uhlom 45 stupňov. Oveľa lepšie. Akonáhle sme mali vytočené uvoľnenie, zmenili sme hmotnosť a niekoľkokrát sme upravili guľový záves, aby sme dosiahli najlepšie výsledky.

Krok 7: Záverečné myšlienky

Chcel by som poďakovať všetkým ľuďom, ktorí pomohli s týmto letným katapultom. Steven Bob a Gus Menoudakis, moji spoluhráči. Moja manželka, ktorá sa každý rok pýta, prečo musím pre katapult postaviť iný dizajn. A Cantigny za to, že súťaž bola na prvom mieste. Je to výbuch a skutočne by mal mať väčší dav.

Ďakujem za váš čas a ak máte nejaké otázky, dajte mi vedieť.